water treatment (PENGOLAHAN &PENYEDIAAN AIR)

Air adalah zat yang sangat dibutuhkan oleh manusia maupun hewan dan tumbuh-tumbuhan. Planet bumi ini hampir 70% luas permukaannya diisi oleh air, dengan sumber utamanya adalah air laut. Laut dan sumber-sumber air lain di alam ini merupakan suatu mata rantai yang membentuk siklus yang dikenal sebagai daur hidrologi (hydrology cycle).

1.      SUMBER-SUMBER AIR

Sumber-sumber air yang dapat dimanfaatkan untuk mendukung kehidupan adalah sebagai berikut:

1)      Air laut :

Air laut memiliki kandungan garam-garam yang cukup banyak jenisnya dan salah satu diantaranya adalah garam NaCl (2,7%)

2)      Air tawar :

Air tawar dapat digolongkan menjadi tiga, yaitu :

- Air hujan

Air hujan merupakan sumber air yang sangat penting terutama bagi daerah yang tidak memiliki atau memiliki sedikit sumber air tanah maupun air permukaan.

- Air Permukaan

Air permukaan merupakan air baku utama bagi produksi air minum di kota-kota besar. Sumber air permukaan dapat berupa sungai, danau, mata air, waduk, empang, dan air dari saluran irigasi.

- Air Tanah

Air tanah merupakan sumber air yang berbentuk mata air atau sumur.

2.      PENGGUNAAN AIR DI INDUSTRI

Air bagi suatu industri adalah bahan penunjang baik untuk kegiatan langsung atau tak langsung. Penggunaan air di industri biasanya untuk mendukung beberapa sistem, antara lain :

- Sistem pembangkit uap (boiler)

- Sistem pendingin

- Sistem pemroses (air proses)

- Sistem pemadam kebakaran

- Sistem air minum

Persyaratan kualitas air yang dapat digunakan dalam industri berbeda-beda tergantung kepada tujuan penggunaan air tersebut. Air yang berasal dari alam pada umumnya belum memenuhi persyaratan yang diperlukan sehingga harus menjalani proses pengolahan lebih dahulu.

3.       KLASIFIKASI PENGOLAHAN AIR

3.1. Pengolahan Eksternal

Pengolahan eksternal dilakukan di luar titik penggunaan air yang bertujuan untuk mengurangi atau menghilangkan impurities. Jenis-jenis proses pengolahan :

- Sedimentasi

Sedimentasi adalah suatu proses yang bertujuan memisahkan/mengendapkan zat-zat padat atau suspensi non-koloidal dalam air. Pengendapan dapat dilakukan dengan memanfaatkan gaya gravitasi. Cara yang sederhana adalah dengan membiarkan padatan mengendap dengan sendirinya. Setelah partikel-partikel mengendap, maka air yang jernih dapat dipisahkan dari padatan yang semula tersuspensi di dalamnya. Cara lain yang lebih cepat adalah dengan melewatkan air pada sebuah bak dengan kecepatan tertentu sehingga padatannya terpisah dari aliran air dan jatuh ke dalam bak pengendap tersebut.

- Filtrasi, Proses ini khusus untuk menghilangkan zat padat tersuspensi. Proses filtrasi bertujuan untuk menahan zat-zat tersuspensi (suspended matter) dalam suatu fluida dengan cara melewatkan   tersebut melalui suatu lapisan yang berpori-pori, misalnya : pasir, anthracite, karbon dan sebagainya.

- Pelunakan (softening)

- Deionisasi (Demineralization)

Pertukaran ion secara luas digunakan untuk pengolahan air dan limbah cair, terutama digunakan pada proses penghilangan kesadahan dan dalam proses demineralisasi air.

- Deaerasi

Aerasi adalah proses mekanis pencampuran air dengan udara. Tujuan aerasi adalah sebagai berikut :

1. Membantu dalam pemisahan logam-logam yang tak diinginkan seperti besi (Fe) dan mangan (Mn). 

2. Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air terutama yang bersifat korosif.

3. Menghilangkan bau, rasa dan warna yang disebabkan oleh mikroorganisme. Penurunan kualitas air tersebut disebabkan oleh bahan organik yang mengalami dekomposisi, sisa-sisa atau bahan-bahan hasil metabolisme mikroba.

3.2.Pengolahan Internal

Pengolahan internal adalah pengolahan yang dilakukan pada titik penggunaan air dan bertujuan untuk menyesuaikan (conditioning) air kepada kriteria kondisi sistem dimana air tersebut akan digunakan. Usaha untuk mencapai tujuan pengolahan internal dilakukan dengan penambahan berbagai bahan kimia ke dalam air yang diolah. Bahan bahan kimia tersebut, akan bereaksi dengan impurities sehingga tidak menimbulkan gangguan dalam penggunaan air tersebut. Oksigen, sebagai contoh, dapat diikat dengan menggunakan sodium sulfit atau hydrazine. Sifat lumpur yang dapat melekat pada logam peralatan proses dihilangkan dengan penambahan bahan-bahan organik yang termasuk dalam golongan tanin, lignin atau alginat.

Masalah-masalah umum yang membutuhkan pengolahan internal adalah :

(1) Masalah korosi

(2) Masalah pembentukan kerak

4.      KIMIA AIR

Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur. Sebuah molekul terbentuk dari gabungan satu atau berbagai jenis atom. Sebagai contoh dua atom hidrogen digabung untuk membentuk molekul gas hidrogen.

H + H→H2

Penambahan satu atom oksigen pada satu molekul gas hidrogen tersebut menghasilkan molekul air.

H2 + O→H2O

Air adalah pelarut yang baik, oleh sebab itu di dalamnya air paling tidak terlarut sejumlah kecil zat-zat anorganik dan organik. Dengan kata lain, tidak ada air yang benar-benar murni dan ini menyebabkan dalam setiap analisis air ditemukan zat-zat lain.

5.      REAKSI HIDROLISA

Salah satu reaksi kimia air yang penting adalah reaksi hidrolisa dari garam-garam tertentu. Hidrolisa adalah reaksi kimia dimana suatu zat bereaksi dengan air membentuk asam dan ataupun basa. Reaksi-reaksi tersebut menyebabkan perubahan keasaman dan alkalinitas larutan dan sekaligus menyebabkan perubahan kecenderungan pengendapan kerak, korosi pada logam, dan masalah-masalah kimia yang lain. Zat yang dapat larut dalam air dan dapat menghasilkan ion hidroksi (OH-) atau karbonat (CO3 2-) disebut basa dan larutannya disebut larutan basa atau alkali. Basa dapat menetralkan asam. Asam adalah zat yang dapat menyebabkan ion hidrogen (H+) bertambah jika dilarutkan dalam air dan mempunyai kemampuan untuk menetralkan basa.  Basa dan asam bereaksi untuk membentuk garam sedemikian rupa sehingga larutan bersifat netral, alkali atau asam. Garam netral dibentuk oleh reaksi asam kuat dan basa kuat. Garam bersifat alkali didapat dari reaksi basa kuat dengan asam lemah, yang jika dilarutkan dalam air akan membentuk larutan dalam alkali. Contoh seperti NaHCO3 yang dibentuk dari NaOH (basa kuat) dengan H2CO3 (asam lemah). Garam bersifat asam terhidrolisa dalam air untuk membentuk kembali asam kuat dan basa lemah pembentuknya, seperti disajikan oleh reaksi berikut :

2 FeCl3 + 6 H2O 􀃆 2 Fe(OH)3 + 6 HCl

Besi Klorida (FeCl3) adalah garam bersifat asam dan Fe(OH)3 adalah basa lemah.

6.      ZAT-ZAT PENGOTOR DALAM AIR

Air menyerap zat-zat dalam perjalanan daur hidrologinya, sehingga menyebabkan air tersebut menjadi tidak murni lagi. Zat-zat itu disebut sebagai zat pengotor atau impurities. Zat pengotor dalam air pada dasarnya dapat dikelompokkan dalam tigagolongan, yaitu :Padatan tersuspensi, Padatan terlarut dan Gas terlarut.

6.1.padatan Tersuspensi dalam Air

Padatan tersuspensi merupakan istilah yang diterapkan pada zat heterogen yang terkandung dalam kebanyakan jenis air. Padatan tersuspensi terutama terdiri atas lumpur, humus, limbah dan bahan buangan industri. Padatan tersuspensi menyebabkan air menjadi keruh dan bila digunakan sebagai air umpan ketel akan menyebabkan terbentuknya deposit, kerak dan atau busa. Padatan tersuspensi dalam air pendingin akan menimbulkan endapan dan timbulnya korosi di bawah endapan tersebut.

6.2.Padatan Terlarut

Air adalah pelarut yang baik, sehingga dapat melarutkan zat-zat dari batu-batuan dan tanah yang terkontak dengannya. Bahan-bahan mineral yang dapat terkandung dalam air karena kontaknya dengan batu-batuan tersebut, antara lain : CaCO3, MgCO3, CaSO4, MgSO4, NaCl, Na2SO4, SiO2 dan sebagainya. Air yang akan dipakai untuk pembangkit uap atau sistem pendingin mempunyai dua parameter penting yang merupakan akibat dari padatan terlarut, yaitu kesadahan (hardness) dan alkalinitas (alkalinity). Padatan terlarut lainnya, seperti garam terlarut, asam dan zat organik.

6.3.Kesadahan

Kesukaran pembentukan busa oleh sabun dalam air merupakan indikasi kesadahan air. Kesadahan air terutama diakibatkan oleh adanya ion-ion kalsium dan magnesium. Sabun dalam air bereaksi lebih dulu dengan ion-ion ini sebelum dapat berfungsi untuk menurunkan tegangan permukaan air. Kerugian yang dapat timbul akibat adanya kesadahan dalam air industri diantaranya adalah pembentukan kerak dalam ketel dan sistem pendingin, selain itu pemakaian sabun akan meningkat bila kesadahan terdapat dalam air pencuci.

6.4.Alkalinitas (Alkalinity)

Alkalinitas air disebabkan oleh adanya senyawa alkalis dalam air. Alkalinitas didefinisikan sebagai ukuran dari kapasitas air untuk menetralkan asam. Alkalinitas dalam air ada tiga jenis yaitu: alkalinitas hidroksida (OH-alkalinity), alkalinitas karbonat (CO3-alkalinity) dan alkalinitas bikarbonat (HCO3-alkalinity).  Alkalinitas yang cukup tinggi diperlukan pada air umpan ketel untuk mencegah korosi, akan tetapi kadar OH yang terlalu tinggi dapat menimbulkan "kerapuhan kaustik" (Caustic Embrittlement).

6.5.Gas Terlarut

Berbagai gas dapat larut dalam air, antara lain : CO2, O2, N2, NH3, NO2 dan H2S. Gas-gas yang terlarut tersebut pada umumnya tidak menimbulkan korosi kecuali CO2, O2 dan NH3. Karbon dioksida sesungguhnya adalah suatu asam jika bergabung dengan air, dan dengan demikian dapat menyerang logam. Oksigen terlarut dalam air merupakan penyebab utama terjadinya korosi pada ketel dan sistem pendingin. Penghilangan oksigen dari air umpan ketel dapat dilakukanndengan cara deaerasi secara fisik dan kimia

7.      PENGOLAHAN AIR UMPAN KETEL

Kebutuhan energi dan sistem pemanasan dalam industri umumnya dipenuhi dengan cara memanfaatkan steam yang dibangkitkan dalam suatu ketel (boiler). Air yang berasal dari sungai, danau, dan sumur, tidak dapat langsung digunakan untuk air umpan ketel. Air yang digunakan harus diolah terlebih dahulu, karena jika tidak, maka masa pakai ketel akan berkurang. Penggunaan air umpan ketel yang tidak memenuhi persyaratan akan menimbulkan beberapa masalah, antara lain :

-Pembentukan Kerak Ketel

Kerak pada ketel dapat terjadi karena pengendapan (precipitation) langsung dari zat pengotor pada permukaan perpindahan panas, atau karena pengendapan zat tersuspensi dalam air yang kemudian, melekat pada logam dan menjadi keras. Kerak dapat mengakibatkan terjadinya pemanasan-lanjut setempat (local overheating) dan logam ketel gagal berfungsi (failure). Macam-macam kerak yang dapat terbentuk akibat senyawa-senyawa impurities pada air umpan ketel.

-Korosi pada Ketel

Pengertian korosi secara sederhana adalah perubahan kembali logam menjadi bentuk bijihnya. Proses korosi sebenarnya merupakan proses elektrokimia yang rumit dan kompleks. Korosi dapat menimbulkan kerusakan yang luas pada permukaan logam. Alkalinitas yang rendah dan adanya garam-garam dan padatan terlarut dalam air dapat membantu terjadinya korosi.

-Pembentukan busa

Pembentukan busa (foaming) adalah peristiwa pembentukan gelembunggelembung di atas permukaan air dalam drum boiler. Penyebab timbulnya busa adalah adanya kontaminasi oleh zat-zat organik atau zat-zat kimia yang ada dalam air ketel tidak terkontrol dengan baik. Busa dapat mempersempit ruang pelepasan uap-panas (steam-release space) dan dapat menyebabkan terbawanya air serta kotoran-kotoran bersama-sama uap air. Kerugian yang dapat ditimbulkan oleh hal ini adalah terjadinya endapan dan korosi pada logam-logam dalam sistem ketel. Untuk mengatasi permasalahan di atas perlu diterapkan persyaratan terhadap air umpan ketel.

8.      PERLAKUAN TERHADAP KONDENSAT (CONDENSATE TREATMENT)

Perlakuan terhadap kondensat mencakup pengendalian korosi di sistem kondensat dan perbaikan mutu kondensat (condensate polishing). Sekalipun kondensat yang diumpankan kembali relatif murni, tetapi mungkin masih mengandung impurities dari hasil proses korosi, dan erosi, baik yang larut maupun yang tidak larut. Impurities tersebut dapat berupa mineral-mineral, kesadahan dan minyak. Condensate polishing dimaksudkan untuk meminimumkan jumlah impurities tersebut agar dapat mencegah pembentukan kerak pada ketel dan turbin, dan meminimumkan pengaruh korosif. Tahap perbaikan kondensat merupakan kombinasi dari tahap filtrasi dan pertukaran ion. Sistem pertama yang dipakai adalah sistem filtrasi dan pertukaran ion secara terpisah. Filtrasi digunakan untuk menyaring pengotor tersuspensi dan minyak. Tahap filtrasi saja sudah cukup memadai jika dipakai untuk menyaring impurities pada saat start-up dan operasi normal, tetapi jika terjadi kebocoran pada pipa kondensat sehingga padatan terlarut banyak memasuki kondensat, tahap filtrasi saja tidak cukup dan dibutuhkan sistem demineralisasi (mix-bed demineralizer) untuk operasi perbaikan. Alternatif lain yang dapat dipakai adalah penggunaan tahap filtrasi dan demineralisasi dalam satu alat.

9.      PENGOLAHAN AIR PENDINGIN

Air pendingin (cooling water) adalah air yang dilewatkan melalui alat penukar panas dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panasnya. Sistem yang dilalui oleh aliran air pendingin disebut sebagai sistem air pendingin (cooling water system). Sistem air pendingin dibagi dalam dua jenis, yaitu jenis resirkulasi dan jenis sekalilewat (once-through). Pada jenis resirkulasi, air pendingin yang telah digunakan, digunakan kembali untuk keperluan yang sama, sedangkan pada sistem sekali-lewat air yang telah digunakan langsung dibuang. Jenis resirkulasi dibagi lagi dalam dua jenis, yaitu resirkulasi terbuka dan resirkulasi tertutup.

9.1.Persyaratan Air Pendingin

Air pendingin adalah air yang dilewatkan melalui alat penukar panas (heat exchanger) dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panasnya. Masalah yang sering timbul dalam sistem air pendingin adalah :

l. terjadinya korosi

2 pembentukan kerak dan deposit

3. terjadinya fouling akibat aktivitas mikroba

Kerugian yang ditimbulkan oleh korosi pada sistem air pendingin adalah penyumbatan dan kerusakan pada sistem perpipaan. Kontaminasi produk yang diinginkan karena adanya kebocoran-kebocoran, dan menurunnya efisiensi perpindahan panas. Pembentukan Kerak dan Deposit pada Sistem Air Pendingin Gangguan yang ditimbulkan oleh terbentuknya kerak antara lain : penurunan efisiensi perpindahan panas, naiknya kehilangan tekanan karena naiknya tahanan dalam pipa serta penyumbatan pada pipa-pipa berukuran kecil. Menara pendingin (cooling tower) merupakan bagian dari sistem air pendingin yang memberikan lingkungan yang baik untuk pertumbuhan dan perkembangan mikroorganisma. Algae dapat berkembang dengan baik pada bagian yang cukup mendapat sinar matahari, sedangkan "lendir" (slime) dapat berkembang pada hampir di seluruh bagian dari sistem air pendingin ini. Mikroorganisma yang tumbuh dan berkembang tersebut merupakan deposit (foul) yang dapat mengakibatkan korosi lokal, penyumbatan dan penurunan efisiensi perpindahan panas.

9.2.Sistem Air Pendingin dengan Resirkulasi Terbuka

Sistem resirkulasi terbuka dibahas lebih dulu karena sistem ini memiliki masalah yang jauh lebih rumit, sehingga masalah dalam sistem ini telah mencakup pula masalah dalam sistem-sistem yang lain.

-Pengendalian Pembentukan Kerak

Pembentukan kerak dipengaruhi oleh jumlah padatan terlarut yang ada di air. CaCO3 merupakan kerak yang sering ditemui pada sistem air pendingin dan terbentuk jika kadar Ca dan alkalinitas air terlalu tinggi. Pengendalian gangguan ini yaitu dengan menurunkan siklus konsentrasi air yang bersirkulasi atau menambah asam, misalnya H2SO4, agar pH air di bawah 7 serta menggunakan inhibitor kerak berupa chemicals seperti polifosfat, fosfonat, ester fosfonat dan poliacrylat.

-Pengendalian Korosi

Pengendalian korosi dilakukan dengan cara menambahkan chemicals yang berfungsi sebagai inhibitor (penghambat). Inhibitor yang umum dipakai adalah polifosfat, kromat, dikromat, silikat, nitrat ferrosianida dan molibdat. Dosis inhibitor yang digunakan harus tepat, karena suatu inhibitor hanya dapat bekerja efektif setelah kadarnya mencapai harga tertentu.

-Pengendalian Pembentukan Fouling dan Penghilangan Padatan Tersuspensi

Pembentukan fouling yang disebabkan oleh mikroorganisme dapat dicegah atau dikendalikan menggunakan klorin, klorofenol, garam organometal, ammonium kuartener, dan berbagai jenis mikrobiosida (biosida).  Salah satu metoda yang digunakan untuk mengendalikan padatan tersuspensi adalah dengan melakukan filtrasi secara kontinu terhadap sebagian air yang disirkulasi.

9.3.Sistem Air Pendingin dengan Resirkulasi Tertutup dan Sistem Air Pendingin Sekali-Lewat

Sistem air pendingin dengan resirkulasi tertutup membutuhkan sejumlah kecil air make-up untuk mengurangi gangguan. Air demin atau kondensat uap, biasanya digunakan sebagai sebagai air make-up. Pada sistem air pendingin sekali-lewat, tidak ada proses pemekatan. Jika proses pemekatan tidak terjadi, maka kadar padatan terlarut relatif sama dengan air umpan. Kekurangan pada sistem ini adalah terjadi kenaikan temperatur, sehingga perlu usaha untuk menurunkan temperatur tersebut. Pengolahan seringkali dimaksudkan untuk mencegah atau meminimumkan kerak atau korosi dan juga berfungsi untuk mengurangi fouling yang disebabkan oleh padatan tersuspensi dan organisme laut. Chemicals yang digunakan untuk maksud tersebut identik dengan yang dipakai untuk resirkulasi terbuka, kecuali pada pengendalian korosi. Pemakaian inhibitor korosi pada sistem ini sama sekali tidak praktis, sehingga masalah korosi ditangani dengan cara melapisi permukaan peralatan dengan serat yang diperkuat dengan plastik, semen, atau menggunakan peralatan yang tahan terhadap korosi.